ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ, chương 11 doc

Trang 1 Chương 11: KHẢO SÁT BỘ NGHỊCH LƯU CẦU MỘT PHA Bộ nghòch lưu cầu một pha được minh họa hình 9.3.1 các giá trò trong mạch được cho như sau: V S =100V, L e =10mH, R L =5, IGBT SWITCHES các diode được kết nối m=0.4, f=50hz. Ngã ra có 3 xung trong ½ chu kỳ. Điện áp cực cổng 15V. Mạch điều khiển cực cổng được mô phỏng bởi tín hiệu sóng tam giác, một tín hiệu chuẩn và một bộ so sánh tương tự như mạch điều khiển được. Tiến hành mô phỏng SPICE và vẽ đồ thò cho dòng điện nguồn is. Dạng sóng điện áp cổng, và điện áp tải và dòng điện với các điều kiện xác lập và xác đònh. a. Công suất trung bình phát bởi nguồn. b. Các sóng hài THD của điện áp tải và dòng điện tải. c. Giá trò đỉnh dòng điện tải. Trang 2 Sô ñoà maïch ña xung Trang 3 *. Chöông trình moâ phoûng baèng PSPICE. 9-3-1.CIR PWM SINGLE – PHASE INVERTER WITH UNIFORM PULSE To determine power and harmonic distortion. . INC OPTIONS; * PARAMETERS .PARAM VS=100V; .PARAM RLOAD=5ohms; .PARAM LLOAD=10Mh; .PARAM FREQ=50HZ PERIOD ={1/FREQ}; .PARAM TR=20NS TF = {TR}; .PARAM DUTY=0.4; .PARAM TON ={PERIOD /2 –2*TR}; .PARAM VP =15V; .PARAM NUM=3; .PARAM PER={0,5*PERIOD/NUM}; .PARAM VC=1V; .PARAM VREF={2*DUTY*VC}; .PARAM DELC ={TR/2}; .PARAM TRC={PER/2-TR}; .PARAM TFC ={TRC}; .PARAM WD={TR}; .PARAM DEL={PERIOD /2}; * SOURCE AND LOAD VS1 3 0 DC {VS} RL 4 55 {RLOAD} LL 55 5 {LLOAD} IC =-9.93A; RG12 1 0 1E4; RG34 2 0 1E4 * SUBCICUIT for IGBT MODEL and DIODE .SUBCKT IG_IDEAL 17 18 19 20;Drain (17) Source (18) Gate (19,20). SW 17 18 19 20 MOSIG; Trang 4 (SPWM 555 DRV 40 41 44 .MODEL MOSIG VSWITCH (RON=1E-3 ROFF=1E6 VON=10 VOFF=1E-3) .ENDS IG_IDEAL .SUBCKT D_IDEAL 21 22; ANODE (21); DIO 21 22 DIODE .MODEL DIODE D(RS=1m CJO=0.1Pf n=0.001) .ENDS D_IDEAL * CALL for IGBTS and diodes. X SW1 3 4 1 0 IG_IDEAL; X SW2 5 0 1 0 IG_IDEAL; X SW3 5 5 2 0 IG_IDEAL; X SW4 4 0 2 0 IG_IDEAL; X D1 4 3 D_IDEAL; X D2 0 5 D_IDEAL; X D3 5 3 D_IDEAL; X D4 0 4 D_IDEAL; * SUBCIRCUIT for IGBT driver. .SUBCKT MPLS_TR1_INV 15 10 PARAMS; DELAY=0. * The carrier-wave source. VCAR 11 10 PULSE ({VC} 0 {DELC} {TRC} {TFC} {WID} {PER} VR 12 10 DC {VREF} * Comparatos output, voltage is clipped between zero and VP. E 13 10 VALUE ={LIMIT (V(12,11)*1E6,0,VP)} RE 13 10 1E6 * Frequency generator VG for inverter. VG 14 10 PULSE (0 1 {DELAY} {TR} {TF} {TON} {PERIOD} * Gate pulse generator EG 15 10 VALUE ={V (14,10)*V(13,10)}; pulse in a half cycle .END S MPLS_TRI_INV * MPLS (Multiple pulse), TRI (TRIANGLE WAVE) , INV (INVERTER) Trang 5 * CALLS for gate drivers. X DRIVER1 1 0 MPLS_TR1_INV X DRIVER2 2 0 MPLS_TR1_INV PARAMS :DELAY ={DEL} * ANALYSIS .TRAN 40 US 80ms UIC ; TO find initial condition for LL in steady state . TRAN 40US 40ms UIC. . FOUR 50Hz 15 V(4,5) I(RL) .PROBE I(VS1) V(4,50 I(RL),V(1) .END Trang 6 CÁCH GIẢI: Đây là một bài tập tạo ra một mạch điều khiển phù hợp. mạch này sẽ phát ra các xung cổng đồng dạng với tần số 300Hz mỗi xung có chu kỳ làm việc là 0,4m=(t’on /2T’) như hình 9.3.1a. nếu sóng mang V C và tín hiệu chuẩn V ref là các ngõ vào của bộ so sánh thì các xung ở ngõ ra sẽ là xác đònh nếu V ref >V C. Các xung này tạo thành một nhóm 3 xung cho mỗi cặp công tắc SW 1 , SW 2, SW 3 ,SW 4 . Tần số ra của bộ nghòch lưu là f C /6. Trong đó f C là tần số tín hiệu sóng mang.  Cách giải gồm bốn bước: Bước 1: từ sơ đồ mạch 9.3.1 và các giá trò đã cho. Từ cấu hình PSPICE sẽ vẽ ra trong hình 9.3.1b. Bước 2: từ cấu hình PSPICE trong hình 9.3.1b một file mạch viết ra có tên là W 9-3-1.CIR Bước 3: mô phỏng PSPICE sẽ được chạy với file 9-3-1.CIR kết quả sẽ được vẽ ra trong W-9-3-1.DAT. Bước 4: dùng PROBE các đồ thò được vẽ ra cho dòng điện nguồn điện áp tải dạng sóng mạch điều khiển cực cổng và dòng điện tải như hình 9.3.1C. Các dạng sóng này thì nhỏ hơn lý tưởng bởi vì tốc độ quét ở ngõ ra của bộ so sánh. Tốc độ quét gây ra do một số trạng thái ổn đònh và độ lớn của các bước trong việc phân tích. Phần a: Từ đồ thò dòng điện nguồn, giá trò trung bình của dòng điện nguồn I SAV =5,49A. Vì vậy công suất trung bình P phát bởi nguồn là P=V S .I SAV =100.5,49=549W. Phần b: Từ file W-9-3-1.out méo sóng hài dạng sóng ngõ ra được cho như sau. Điện áp tải THD=125.9%. Dòng điện tải THD=42,7% Phần c: từ đồ thò dòng điện tải trong hình W-9-3-1C giá trò đỉnh là I MAX =15,1A. Trang 7 9.3.3 BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG Bộ nghòch lưu nguồn dòng được dùng để điểu khiển động cơ cảm ứng. Hình 9.32 chỉ ra sơ đồ mạch đơn giản của bộ nghòch lưu dòng cầu 1 pha. Cùng với các dạng sóng tín hiệu cổng và dạng sóng dòng điện tải, nguồn DC được thay thế bằng nguồn dòng không đổi. Trong thực tế đây là một nguồn điện áp điều chỉnh được mắc nối tiếp với cuộn cảm có giá trò lớn.  Sơ đồ bộ nghòch lưu dòng: Xét một bộ biến tần tuần hoàn một pha. Được minh họa hình 9.3.3. mạch điện có giá trò như sau: V S =120V (rms) f=150Hz, L L=0, R L =10 Tần số ra f 0 =50Hzz, góc trễ =0. Dùng PSPICE mô phỏng và vẽ đồ thò điện áp nguồn và dòng điện tải. a. Xác đònh công suất trung bình tiêu thụ bởi tải b. Các méo sóng hài THD của dạng sóng dòng điện tải. c. Giá trò hiệu dụng của dòng điện tải. d. Hệ số sóng hài HF bậc 3,5,7,9 của dạng sóng dòng điện. SW1 Ll Load R1 SW2 SW3 SW4 Source I T T T T Trang 8 d. Sô ñoà maïch ñieän nhö hình 9.3.3 D14 D12 D22 SW13SW11 1M Rin SW23 10 RL D24 SW4 Gate 11 Gate 13 Gate 23 [1] [1] [0] [0] [0] [2] [0] 0 5 Gate 23 [2] [0] + - + - E=A*V(5) Limit -1,+1 R =1M E A=1E9 VG f + - Ep=Vp*V(8)*V(9) Rgp=1M EN=Vp*(1-V(8))*V(9) RgN=1M 8 8 [1] [2] Gate for SW23,SW21Gate for SW12,SW13 PULSE VCVS [0] [0] Source Converter P Converter Na[6] VS1=120V(rm s ) 180Hz SIN Driver Trang 9 * Chöông trình moâ phoûng. W 9-3-3.CIR SINGLE-PHASE CYCLOCONVERTER WITHOUT MODULATION * To determine the performanece without voltage modulation. .INC OPTIONS *PARAMETERS . PARAM VS=120v VMAX={ORT(2)*VS}; .PARAM FREQ=150HZ PERIOD={1/FREQ}; .PARAM NUM=3 FREQC={FREQ/NUM}; .PARAM PERC ={1/FREQC}; .PARAM VP=15V; .PARAM RLOAD=10ohms; * SOURCE and LOAD VS1 5 0 SIN (0{VMA}{FREQ}) RL 6 7 {RLOAD} RIN 5 0 1E6; * CONVERTER SUBCIRCUITS .SUBCKT SW-IDEAL 17 18 19 20; SW 17 18 19 20 THY; .MODEL THY VSWITCH (RON=1E-3 ROFF=1E6 VON=10 VOFF=1E-3) .ENDS SW_IDEAL .SUBCKT D_IDEAL 21 22; DIO 21 22 DIODE .MODEL DIODE D(RS=1m CJO=0.1Pf N=0.001) .ENDS D_IDEAL * CALLS for SWITCHES and DIODES for half-controlled converter. XS11 5 6 1 0 SW_IDEAL; XS13 0 6 0 1 SW_IDEAL; XS23 0 7 0 2 SW_IDEAL; XS21 5 7 2 0 SW_IDEAL; Trang 10 XD 14 7 5 D_IDEAL XD 12 7 0 D_IDEAL XD 22 6 0 D_IDEAL XD 24 6 5 D_IDEAL  Driver circuits E 8 0 value={LIMIT(VC5)*1E(9)-1,1)}; RE 8 0 1E6 VG 9 0 PULSES (0 1 0 5ns 5ns {PERC/2-10ns}{PERC}) * VG Seperates paid N gate signals into the trwo seperate half cycles. EP 1 0 VALUE={VP*V(8)*V(9)}; EN 2 0 VALUE={VP*(1-V(9))*V(8)}; * ANALYSIS .TRAN 20us 20ms 0 40us UIC; TMAX=40us for a clean SIN wave .FOUR 50hz 15 I(RL) .PROBE V(5) i(RL) .END [...]... đổi VS một điện trở tải RL và một mạch điện tử công suất để điều khiển công suất tải Mạch điện tử công suất là mạch đóng ngắt điều khiển điện áp có thời gian on và off bằng nhau trong mỗi chu kỳ dạng sóng của nguồn các điểm on cũng có thể điều chỉnh được Hoạt động đóng ngắt điều khiển điện áp được điều khiển bởi nguồn điện áp VC phát ra từ một nguồn với các xung tuần hoàn chu kỳ bằng một nửa của nguồn... tự như là mạch (Chopper DC) Trong trường hợp này tần số đóng mở của mạch chopper sẽ bằng hai lần tần số của nguồn điện áp 2.4.1 Khảo sát mạch như hình 2.4.1.a Mục đích của mạch là để điều khiển công suất tải bằng cách điều chỉnh giá trò hiệu dụng của điện áp AC đặt trên tải Các công tắc SW điều khiển Point-OnWave để cho điện áp vào VS =240sin314t (11) xuất hiện ở các đầu ra điện trở tải RL=10 Dùng SPICE... cung cấp Nếu điện áp điều khiển là VC=VON thì công tắc ở trạng thái ON Nếu điện áp điểu khiển VC=VOFF thì công tắc ở trạng thái OFF Hình 241b chỉ ra một dạng sóng điện áp với góc trễ (+n) để mở công tắc và góc n cho công tắc đóng Các số nguyên n=1,2,3 có thể thấy từ hình 241b và giá trò hiệu dụng của điện áp tải VL được điều chỉnh bằng cách thay đổi góc kích  Trong phạm vi từ 0 = . V S một điện trở tải R L và một mạch điện tử công suất để điều khiển công suất tải. Mạch điện tử công suất là mạch đóng ngắt điều khiển điện áp có thời gian on và off bằng nhau trong mỗi. đích của mạch là để điều khiển công suất tải bằng cách điều chỉnh giá trò hiệu dụng của điện áp AC đặt trên tải. Các công tắc SW điều khiển Point-On- Wave để cho điện áp vào V S =240sin314t (11) . cho dòng điện nguồn is. Dạng sóng điện áp cổng, và điện áp tải và dòng điện với các điều kiện xác lập và xác đònh. a. Công suất trung bình phát bởi nguồn. b. Các sóng hài THD của điện áp tải